典型原料生物柴油燃烧颗粒物微观结构及氧化特性

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.006

摘要/Abstract

摘要：

应用EEPS粒径谱仪、高分辨率透射电子显微镜、同步热分析仪等仪器分析了3种不同碘值生物柴油（大豆生物柴油、棕榈生物柴油和餐废油脂生物柴油）在高压共轨柴油机燃烧产生颗粒物的微观结构和氧化特性。结果表明：相较于柴油燃烧颗粒物，生物柴油燃烧颗粒物粒径偏小、聚集程度更高、基本碳粒子微晶碳层越发无序，起燃温度T_i、燃尽温度T_e和氧化速率峰值温度T_p更低。大豆生物柴油、棕榈生物柴油和餐废油脂生物柴油燃烧颗粒物的盒维数比柴油颗粒分别变大0.8%、0.9%、1.1%；平均粒径分别降低5.1%、6.7%、13.9%；表观活化能分别降低12.4%、13.4%和16.9%，氧化反应所需能量降低。随着生物柴油碘值的降低，生物柴油燃烧颗粒物的数量浓度减小，盒维数增大，颗粒物内部碳层更短小、更弯曲，氧化活性升高。

关键词: 生物柴油, 碘值, 颗粒物, 微晶结构, 氧化特性

Abstract:

The micro-structure and oxidation characteristics of combustion particulates in high pressure common rail diesel engine are analyzed for three types of biodiesel with different iodine values， respectively soybean oil methyl ester （SME）， palm oil methyl ester （PME） and waste cooking oil methyl ester （WME）， by using the EEPS particle size spectrometer， high-resolution transmission electron microscope and synchronous thermal analyzer. The results show that compared with diesel combustion particulate matter （PM）， biodiesel PM has smaller particle size， higher aggregation degree and more disordered microcrystalline carbon layer， and lower initiation temperature （T_i）， burnout temperature （T_e） and peak temperature of maximum weight loss rate （T_p） . The box dimensions of PM of SME， PME and WME are 0.8%， 0.9% and 1.1% larger than that of diesel PM. Besides， compared with diesel PM， the average particle size decreases by 5.1%， 6.7%， 13.9% and the apparent activation energy decreases by 12.4%、13.4% and 16.9% respectively and the energy required for oxidation reaction decreases. With the decrease of iodine value of biodiesel， the quantity concentration of biodiesel combustion PM decreases， the box dimension increases， the internal carbon layer of PM becomes shorter and curved， and the oxidation activity increases.

Key words: biodiesel, iodine value, particulate matter, micro-structures, oxidation characteristics

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图/表 20

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参考文献 23

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名称	SME	PME	WME	柴油
十六烷值	53.20	54.64	57.55	51
含氧量/%	10.96	10.98	11.08	0
低热值/（MJ·kg^-1）	37.45	37.25	37.17	43.5
密度/（kg·m^-3）	875	877	873	845
运动黏度/（mm²·s^-1）	5.9	5.83	5.80	3.51
碘值/g	100.9	95.3	80.8

名称	参数
发动机型式	直列、水冷、增压
燃油系统	高压共轨
气缸数	4
缸径×行程/mm	95×100
排量/L	2.83
压缩比	17.5∶1
最大转矩/（N·m）	250（1 600-2 400 r·min^-1）
标定功率/kW	75（3 200 r·min^-1）

燃油种类	燃烧始点/（°）CA	燃烧持续期/（°）CA
SME	-18.8	54.1
PME	-19.3	54.6
WME	-20.5	55.4
柴油	-17.4	61.3

颗粒种类	拟合直线	D_B	R²
DS	y=-1.9860x+13.9072	1.986 0	0.998 1
SMES	y=-2.0024x+13.9502	2.002 4	0.998 9
PMES	y=-2.0066x+13.9552	2.004 6	0.999 1
WMES	y=-2.0070x+13.9661	2.007 0	0.999 1

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